變頻器在空氣壓縮機(jī)上的應(yīng)用

楊海燕

（開(kāi)封技師學(xué)院，開(kāi)封 475000）

空氣壓縮機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)將空氣壓縮在壓縮腔內(nèi)并使其具有一定壓力的設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)原理等因素，空氣壓縮機(jī)存在一些技術(shù)缺陷，當(dāng)輸出壓力大于一定值時(shí)，泄載閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，使電動(dòng)機(jī)發(fā)生空轉(zhuǎn)，電能浪費(fèi)嚴(yán)重?？諝鈮嚎s機(jī)系統(tǒng)中電費(fèi)成本約占86%,因此對(duì)空壓機(jī)的節(jié)能改造是非常必要的，這樣不僅能夠降低生產(chǎn)成本，還可以降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

1 變頻器

變頻器是將50Hz的交流電源轉(zhuǎn)換成任意電壓和頻率的一種電氣設(shè)備，變頻器主要由逆變、整流、檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)單元、制動(dòng)單元和微處理單元等部分組成。變換環(huán)節(jié)主要采用交-直-交的變頻器。變頻器的負(fù)載不能接單相電動(dòng)機(jī)，只能接三相電動(dòng)機(jī)。變頻器依靠IGBT的通斷實(shí)現(xiàn)輸出電源的電壓和頻率調(diào)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)能夠變速運(yùn)行、根據(jù)需要調(diào)節(jié)功率從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，另外，變頻器還有顯示、通信、制動(dòng)和保護(hù)功能。

2 空氣壓縮機(jī)變頻調(diào)速原理

空氣壓縮機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)采用的控制方式是壓力達(dá)到上限值時(shí)關(guān)閉閥門(mén)；空氣壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用的控制方式是壓力達(dá)到下限值時(shí)打開(kāi)閥門(mén)。這種頻繁變換負(fù)荷過(guò)程，不僅使供氣壓力不穩(wěn)定，而且空氣壓縮機(jī)經(jīng)常處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)。由空氣壓縮機(jī)的工作原理可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率成正比，二者的關(guān)系可以用式（1）表示：

因此，要想減少空壓機(jī)實(shí)際消耗的功率，人們可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 改變負(fù)荷時(shí)空氣壓縮機(jī)存在的問(wèn)題

3.1 浪費(fèi)能量

空氣壓縮機(jī)浪費(fèi)能量的主要表現(xiàn)有：壓縮空氣壓力超過(guò)最小壓力時(shí)產(chǎn)生的能量消耗；減壓閥減壓時(shí)產(chǎn)生的能量消耗；改變負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)方法不恰當(dāng)產(chǎn)生的能量消耗。

3.2 其他損失

經(jīng)常調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥門(mén)，使進(jìn)氣閥門(mén)造成嚴(yán)重磨損；供氣壓力不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)受到影響。

4 變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)

電器和變頻控制的有效配合，可以使空氣壓縮機(jī)在不改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力的目的，并能夠按照需要輸出壓縮空氣。當(dāng)空氣壓縮機(jī)提供的壓縮空氣大于系統(tǒng)的消耗量時(shí)，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)會(huì)降低轉(zhuǎn)速，使壓縮空氣輸出風(fēng)量減少；當(dāng)空氣壓縮機(jī)提供的壓縮空氣小于系統(tǒng)的消耗量時(shí)，空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)會(huì)增加轉(zhuǎn)速，使壓縮空氣輸出風(fēng)量增加，從而使系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定不變。采用變頻調(diào)速的空氣壓縮機(jī)在進(jìn)行恒壓供氣控制時(shí)，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

采用變頻調(diào)速的空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 電路原理

5 變頻器的安裝與調(diào)試

5.1 安裝

變頻器要有接地措施，變頻器的接地端應(yīng)與其他接地端分隔開(kāi)，并且要按照就近接地原則；安裝變頻器時(shí)要考慮周?chē)h(huán)境溫度的影響；在變頻器的輸入側(cè)應(yīng)接電抗器，輸出側(cè)不能連接濾波器和電容器；控制線與主配線要保持一定的距離并且要求分開(kāi)布線；控制回路端子的連接線應(yīng)使用雙絞線或屏蔽線。

5.2 調(diào)試

調(diào)試主要包括三個(gè)步驟。一是將變頻器接入系統(tǒng)。變頻器的電源端子經(jīng)接觸器和空氣斷路器與電源連接。變頻器的保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，繼電器的常閉觸點(diǎn)控制接觸器電路，使接觸器斷開(kāi)，從而切斷變頻器主電路的電源。變頻器的輸出端子經(jīng)熱繼電器接至三相電動(dòng)機(jī)上。二是進(jìn)行工頻控制運(yùn)行。三是進(jìn)行變頻控制運(yùn)行。

開(kāi)環(huán)：主要檢查壓力變送器顯示的數(shù)值是否正常，運(yùn)行中的電氣設(shè)備聲音是否正常，變頻器頻率的變化是否滿足要求，空氣壓縮機(jī)的壓力變化是否穩(wěn)定，電氣設(shè)備啟動(dòng)、停止是否正常等。

閉環(huán)：開(kāi)環(huán)調(diào)試結(jié)束后可以進(jìn)行閉環(huán)調(diào)試。主要檢查機(jī)械共振點(diǎn)的位置，要跳過(guò)機(jī)械共振點(diǎn)附近的頻率。查看空氣壓縮機(jī)空氣壓力的變化與變頻器頻率的變化速度是否相一致，避免產(chǎn)生壓力振蕩，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定。

6 變頻調(diào)速后的效果

6.1 節(jié)約能源使運(yùn)行成本降低

能源成本在空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行成本中占86%，采用變頻器變頻調(diào)速后，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，可根據(jù)變化情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率，大大降低了能源成本，提高了生產(chǎn)效率。變頻調(diào)速能夠使空氣壓縮機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，減少了對(duì)電氣設(shè)備的機(jī)械部件磨損，從而大大降低運(yùn)行成本。

6.2 提高壓力控制精度

系統(tǒng)采用變頻調(diào)速控制能精確控制壓力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

6.3 全面改善壓縮機(jī)的運(yùn)行性能

變頻器啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)的時(shí)間可以調(diào)整，使系統(tǒng)的可

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